Korrosion von Magnesiumlegierungen: Richtlinie für Korrosionsuntersuchungen und -prüfungen

Transkript

1 Korrosion von Magnesiumlegierungen: Richtlinie für Korrosionsuntersuchungen und -prüfungen Revisionsstand: 20. April 2015 Arbeitsgruppe Korrosionsuntersuchungen/-prüfungen für Magnesiumlegierungen im GfKORR-Arbeitskreis Korrosion und Korrosionsschutz von Aluminium und Magnesium

2 Inhalt I) Allgemeines... 5 I-1) Anwendungsbereich der Richtlinie... 5 I-2) Korrosionsverhalten von Magnesiumlegierungen... 6 II) Definitionen und normative Verweisungen... 7 A) Elektrochemische Untersuchungen... 9 A-1) Auswahl elektrochemischer Methoden... 9 A-2) Messlösungen A-3) Probenvorbereitung A-4) Beschreibung der elektrochemischer Methoden A-4.1) Messung des Freien Korrosionspotentials A-4.2) Polarisationsmessungen A-4.2.1) Durchführung A-4.2.2) Auswertung A-4.3) Zyklische Polarisationsmessungen A-4.3.1) Durchführung A-4.3.2) Auswertung A-4.4) Elektrochemische Impedanzmessungen A-4.4.1) Durchführung A-4.4.2) Auswertung A-4.5) Elektrochemisches Rauschen A-4.5.1) Durchführung A-4.5.2) Auswertung und Kennwertbestimmung... 16

3 A-5) Spezielle Versuchsanordnungen A-5.1) Messungen mit Aufsatzzellen A-5.1.1) Durchführung A-5.1.2) Auswertung A-5.2) Polarisationsmessungen mit rotierender Scheibenelektrode A-5.2.1) Durchführung A-5.2.2) Auswertung A-6) Kennwerte aus elektrochemischen Untersuchungen A-7) Untersuchungsbericht B) Korrosionsprüfungen im Labor B-1) Probenvorbereitung B-1.1) Unbeschichtete Oberflächen B-1.2) Beschichtete Oberflächen B-2) Korrosionsprüfungen für Magnesiumwerkstoffe B-2.1) Neutrale Salzsprühnebelprüfung (DIN EN ISO 9227) B-2.2) Zyklische Korrosionsprüfung (DIN EN ISO Teil 1) B-2.3) Tauchversuche (DIN Teil 4) B-2.4) Tests für Filiformkorrosion B-3) Prüflösungen B-4) Auswertung C) Korrosionsprüfungen durch Freibewitterung C-1) Proben C-1.1) Art und Größe... 28

4 C-1.2) Vorbereitung der Oberfläche C-1.3) Probenkennzeichnung C-1.4) Vorsichtsmaßnahmen C-2) Durchführung der Prüfung C-2.1) Prüfarten C-2.1.1) Freibewitterung mit Salz ohne Licht- und Regenschutz C-2.1.2) Bewitterung mit Salz unter Licht- und Regenschutz, d.h. mit Schutz vor direkter Sonnenbestrahlung durch Dach und luftdurchlässige Seitenwände C-2.2) Prüfbedingungen C-2.3) Prüfmedium C-2.4) Prüfzeit C-3) Auswertung C-4) Prüfbericht... 32

5 I) Allgemeines I-1) Anwendungsbereich der Richtlinie Das vorliegende Dokument gibt Empfehlungen zur Anwendung und Durchführung von Korrosionsuntersuchungen und prüfungen an Magnesium-Gusswerkstoffen und an Magnesium- Knetwerkstoffen. Behandelt werden dabei - Elektrochemische Untersuchungen - Korrosionsprüfungen im Labor - Korrosionsprüfungen durch Freibewitterung Bei den elektrochemischen Untersuchungen wird bei der Methode darauf verwiesen, ob das Verfahren neben der Untersuchung von blanken (unbeschichteten) Oberflächen auch für Untersuchungen an beschichteten Oberflächen geeignet ist. Alle beschriebenen Korrosionsprüfungen sowohl im Labor als auch durch Freibewitterung können sowohl an blanken als auch an beschichteten Oberflächen durchgeführt werden. Es ist nicht Gegenstand des vorliegenden Dokuments, die Durchführung der einzelnen Korrosionsprüfungen vollständig zu beschreiben oder für die Durchführung elektrochemischer Untersuchungen notwendiges Fachwissen zu vermitteln. Kenntnisse über die Möglichkeiten und Grenzen der jeweiligen Prüf- und Untersuchungsmethoden sowie die fachgerechte Durchführung (z.b. die Eignung und Bedienung von Potentiostaten, Software, Probenhaltern, etc.) und die fachgerechte Interpretation der Ergebnisse sind als grundlegende Voraussetzung für die Anwendung dieser Richtlinie anzusehen. Die Anwendung der empfohlenen Methoden trägt zur Bewertung des Korrosionsverhaltens von Magnesiumwerkstoffen in chloridhaltiger Umgebung bei. Da das Korrosionsverhalten und damit die Korrosionsbeständigkeit grundsätzlich eine Systemeigenschaft ist, ist eine Vorhersage des Verhaltens der Werkstoffe bzw. der Werkstoffzustände im Sinne einer Lebensdauervorhersage unter Praxisbedingungen auf Basis der Ergebnisse dieser Korrosionsuntersuchunge/-prüfungen in der Regel nicht möglich. Zum Thema Spannungsrisskorrosionsprüfung an Magnesiumwerkstoffen wurde der Vorschlag für einen Normenentwurf in den ISO TC 156 eingebracht.

6 I-2) Korrosionsverhalten von Magnesiumlegierungen In neutralen bzw. sauren wässrigen Medien korrodieren Magnesiumwerkstoffe im Vergleich zu anderen Konstruktionswerkstoffen mit hoher Geschwindigkeit. Die hierbei entstehenden Korrosionsprodukte sind von der Zusammensetzung des jeweiligen Magnesiumwerkstoffs abhängig. Magnesium bildet als Korrosionsprodukt das Magnesiumhydroxid, welches den ph-wert des Mediums in den alkalischen Bereich verschiebt, insbesondere bei Verwendung von geringen Elektrolytvolumina bzw. bei Benetzung der Oberfläche mit dünnen Elektrolytfilmen. Diese relativ voluminöse Magnesiumhydroxidschicht ist weder stabil noch wirkt sie korrosionsschützend. Der Korrosionsprozess ist infolge der Hydroxidschicht diffusionsgesteuert. Die üblicherweise vorhandenen Legierungselemente Al und Zn bilden in Medien mit ph 8,5 lösliche Hydroxokomplexe, wodurch die Korrosionsanfälligkeit der Magnesiumwerkstoffe weiter erhöht wird. Nur die Korrosionsbeständigkeit des reinen Magnesiums ist in alkalischen Medien erhöht, da bei ph-werten oberhalb 10,5 die Sättigungsgrenze des wässrigen Elektrolyts für Hydroxylionen erreicht wird. Es kommt zu einer Fällungsreaktion mit den im Elektrolyt gelösten Magnesiumionen, wobei eine stabile Magnesiumhydroxidschicht die Metalloberfläche bedeckt. Bei höheren ph- Werten weisen diese Hydroxidschichten korrosionsschützende Eigenschaften auf. Die oberflächennahe Alkalisierung und die Bildung von schützenden Hydroxidschichten sind entscheidend für die in vielen Anwendungen ausreichende Korrosionsbeständigkeit des Magnesiums unter Praxisbedingungen. Anteile an Eisen, Nickel und Kupfer haben teils großen Einfluss auf die Korrosionsrate von Magnesiumwerkstoffen (beispielsweise liegt gemäß ASTM B94 für die Legierung AZ91 das Toleranzlimit von Fe bei 0,005 %, von Ni bei 0,002 % und von Cu bei 0,03 %). Entsprechende Schwankungen im Eisen-, Nickel- oder Kupfer-Gehalt einer Legierung können daher die Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse deutlich reduzieren. Folgende Faktoren beeinflussen das Korrosionsverhalten von Magnesiumlegierungen und müssen vor Beginn der elektrochemischen Untersuchungen bedacht werden: - Zusammensetzung der Elektrolyte (z.b.: ph-wert, Konzentration von Chlorid und anderen Anionen) - Legierungszusammensetzung (insbesondere auch Angabe von Elementen, die über hp- Qualität entscheiden, wie z.b. Fe, Cu, Ni)

7 - Gefüge (Art, Größe und Verteilung von Phasen) - Oberflächenbeschaffenheit / lokale Fehler - Beschichtungen und Vorbehandlungen